CN114521916A - 一种基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，包括：采用贴附在下腹部膀胱位置的柔性超声贴片得到膀胱超声图像，再利用膀胱超声图像计算得到膀胱内尿量。所述的柔性超声贴片，包括获取超声图像的柔性压电超声探头、超粘性水凝胶衬底和内置微控制器的柔性电路系统；柔性压电超声探头为超声波发射和接收一体化探头，能够获得患者膀胱超声图像；超粘性水凝胶衬底用于确保柔性压电超声探头与皮肤紧密贴合；内置微控制器的柔性电路系统可依据膀胱超声图像计算膀胱内尿量。该柔性超声贴片在进行超声测量时无需涂抹耦合剂，且可以随身携带，增加了用户的使用舒适性。本发明方法针对用户的个体差异性测量膀胱内尿量，测量便利性和准确性高。

Description

一种基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法。
背景技术
下尿路功能障碍(lower urinary tract dysfunction，LUTD)是指膀胱和尿道在储尿期和/或排尿期存在的功能障碍，主要临床表现为尿频、尿急、急迫性尿失禁等储尿期症状，以及排尿困难、尿不尽、尿潴留等排尿期症状，LUTD给患者带来极大的生活不便和心理伤害。现有的治疗方案包括盆底肌训练及生活方式管理、药物治疗、神经电刺激等，这些治疗方式的效果好坏都需要通过评估膀胱活动情况来针对性调整治疗参数，而评估膀胱活动最具代表性的情况之一就是测量膀胱内尿量。
目前评估膀胱活动情况的方法主要有：(1)测量排出的尿量进行评估，如市面上小禹日记的膀胱日记记录仪，数据通过微信小程序收集并与医生共享，从而医生可以远程指导患者调整治疗参数，该方法具有简单便携的优点，适合居家使用，缺点是评估方法不准确，是间接地测量排尿量，无法直接获取膀胱内尿量。(2)临床上更多使用超声测量方法，比如论文《尿潴留患者膀胱尿量的超声测量及导尿治疗体会》(微创医学,2015,10(2):3.)中，使用了日本阿洛卡α10多普勒彩色超声来进行超声测量。超声测量时膀胱内尿量计算的方法是：通过超声取得膀胱的最大横切面和最大纵切面这两个面上相互垂直的最大三条径线长度d1，d2，d3，运用经验公式V＝0.52×d1×d2×d3得到膀胱内尿量值。该方法需要大型的B超机器，实现三维的测量，在医院可以方便实施，但是居家观测就无法实现。所以很多机构研发了适合居家测量的便携式B超机器，比如论文《用于膀胱容积测量的超声检测系统研究》(Doctoral dissertation,华中科技大学.)中就提出了一种“三点定位”算法，将膀胱重建为一个四棱锥，把膀胱内尿量用此四面体的外接球体积代替。(3)还有一种膀胱内尿量测量方法是从获取的膀胱超声图像中提取出膀胱的轮廓点集，使用轮廓信息计算出径线长度，最后使用经验公式得到膀胱内尿量值。
但是采用上述方法进行测量时，存在几个缺点导致测量的不准确：(1)在三径线的经验公式中，膀胱被看作一个规则的椭球体来进行容积的测算，而实际上，这个公式并不能很好的适用于每一个患者，每个患者膀胱形状间的差异导致这个公式的误差较大。(2)测量膀胱的三条径线长度，需要用到三维B超，实际上便携B超机很难实现三维超声探测。(3)在实际操作中，医生的操作手法和个人体质会影响到超声图像的清晰度，而不清晰的图像会严重影响提取出的膀胱径线长度，从而导致得到的膀胱内尿量值不够准确。
公开号为CN107307884A的中国专利文献公开了一种经腹二维超声下膀胱内尿量测量、计算方法，该方法通过采集膀胱的矢状面、横截面、左斜面和右斜面，然后再采集每个面上的4条径线，得到一共16条径线的长度，取16条径线的平均值，再代入球体体积公式来计算膀胱内尿量的方式。采集的径线越多，则最后求得的膀胱内尿量会更加准确。该方法提高了测量的精确度，但同时也增加了采集超声图像的工作量，给用户带来了不便之处。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，采用特定的柔性超声贴片，应用特定的方法来测量患者膀胱内尿量，且不需要使用耦合剂、可以随身携带，提高了膀胱内尿量测量的便利性和准确性，增加了患者的使用舒适度。
具体采用的技术方案如下：
一种基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，包括：采用贴附在下腹部膀胱位置的柔性超声贴片得到膀胱超声图像，再利用膀胱超声图像计算得到膀胱内尿量。
所述的柔性超声贴片，包括获取膀胱超声图像的柔性压电超声探头、超粘性水凝胶衬底和内置微控制器(MCU)的柔性电路系统，能够随身携带贴附，实时在线获取膀胱内尿量；
所述的柔性压电超声探头，为超声波发射和接收一体化探头，用于发射超声波并接受反射回来的超声波，获得膀胱超声图像；优选的，所述的柔性压电超声探头的超声波发射材料和接收材料为聚偏氟乙烯压电聚合物(PVDF)；
所述的超粘性水凝胶衬底，用于确保柔性压电超声探头与皮肤紧密贴合，吸收散射的超声波并降低信号噪声干扰；优选的，所述的超粘性水凝胶衬底的材质包括海藻酸钠、卡拉胶、硅酮弹性体、聚酰亚胺、环氧树脂或聚二甲基硅氧烷；
所述的内置MCU的柔性电路系统，内含计算膀胱内尿量的方法，可依据膀胱超声图像计算膀胱内尿量。
所述的基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法具体包括以下步骤：
S1：参数标定：利用所述的柔性超声贴片预先对患者的个性化参数a和b进行标定，a和b与该患者的膀胱生理特征形状有关，在一定时期内不会有很大的变化。
S2：日常测量：通过柔性超声贴片的柔性压电超声探头，获取患者膀胱超声图像；在膀胱超声图像中框选得到膀胱部分图像，对膀胱部分图像进行图像增强，内置微控制器的柔性电路系统得到膀胱部分图像像素点个数；调用V＝a×M+b计算得到膀胱内尿量；其中，V为膀胱内尿量，M为膀胱部分图像像素点个数，a，b为患者的个性化参数。
发明人经过大量的实验探究得到，膀胱内尿量值和膀胱部分图像像素点个数之间的关系是线性的，而膀胱的冠状面能够在一定程度上反映膀胱的大小，即膀胱内尿量值和超声图像中膀胱部分的面积有关。且患者的a，b值具有较大的时间稳定性。因此，患者通过前期多次测量拟合得到的经验公式V＝a×M+b对于患者自身的膀胱内尿量值计算具有较高的准确性。
为了保证患者使用的便利性，优选的，所述柔性超声贴片能够与手机进行数据交互，患者在手机上手动框选膀胱超声图像中的膀胱部分图像。
优选的，所述的个性化参数a和b的标定方法如下：
(1)通过柔性超声贴片的柔性压电超声探头获取患者膀胱超声图像；
(2)由患者在手机上手动框选膀胱超声图像中膀胱部分图像，膀胱部分图像经图像增强后，内置微控制器的柔性电路系统获取膀胱部分图像像素点个数；
(3)获取患者在步骤(2)相应膀胱状态下的排尿量数据；
(4)重复至少5次步骤(1)-(3)，内置微控制器的柔性电路系统计算得到个性化参数a和b，以及膀胱部分图像像素点个数与膀胱内尿量的线性关系V＝a×M+b，并储存。
为了提高膀胱内尿量测量的便利性和准确性，优选的，所述的膀胱超声图像为膀胱冠状面二维超声图像。
优选的，步骤(4)中，重复5～8次步骤(1)-(3)，内置微控制器的柔性电路系统计算得到膀胱部分图像像素点个数与膀胱内尿量的线性关系V＝a×M+b并储存。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明柔性超声贴片包括超粘性水凝胶衬底，水凝胶衬底的存在，使得超声测量时无需涂抹耦合剂，增加了用户的使用舒适性。
(2)本发明针对用户的个体差异性，提高了膀胱内尿量测量的便利性和准确性，在获取多组膀胱部分图像和排尿量后，训练得到的用户个性化参数，定制用户个性化膀胱部分图像像素点个数与膀胱内尿量的线性关系，在后续测试过程中，获取膀胱部分图像，并依据上述线性关系计算得到膀胱内尿量。
(3)本发明方法以患者的前期测试结果为先验知识，实际使用只需要一次测量、获得一张图像就可以计算得到膀胱内尿量，使计算更加方便快捷。
附图说明
图1为柔性超声贴片的结构示意图。
图2为本发明基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法流程图。
图3为实施例中步骤S21获得的膀胱超声图像。
图4为实施例中步骤S22手动框选的膀胱部分图像。
图5为实施例中步骤S22对膀胱部分进行图像增强后得到的图像。
图6为实施例中步骤S24得到的膀胱部分图像像素点个数与膀胱内尿量的线性关系示意图。
图7为实施例中步骤S25获得的膀胱超声图像。
图8为实施例中步骤S26手动框选的膀胱部分图像。
图9为实施例中步骤S26对膀胱部分进行图像增强后得到的图像。
具体实施方式
下面结合附图与实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
实施例1
图1为所述的柔性超声贴片的结构示意图，该柔性超声贴片包括：柔性压电超声探头、超粘性水凝胶衬底和内置MCU的柔性电路系统；
其中，柔性压电超声探头为超声波发射和接收一体化探头，用于发射超声波并接受反射回来的超声波，贴附在患者下腹部膀胱位置，基于声场延时叠加成像获得膀胱超声图像；且柔性压电超声探头可通过超粘性水凝胶衬底与人体紧密相连，超粘性水凝胶衬底能够吸收散射的超声波并降低信号噪声干扰；内置微控制器的柔性电路系统，可依据膀胱超声图像计算得到膀胱内尿量。
本实施例中，柔性压电超声探头的超声波发射材料和接收材料为聚偏氟乙烯压电聚合物；超粘性水凝胶衬底的材质选用海藻酸钠、卡拉胶，硅酮弹性体或聚二甲基硅氧烷。
图2为所述的基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法流程图；包括参数标定和日常测量两部分，具体为如图所示的六个步骤：
参数标定部分：
S21：通过贴有超粘性水凝胶衬底的柔性压电超声探头获取患者膀胱超声图像并留存，膀胱超声图像如图3所示；
S22：根据S21获得的二维膀胱超声图像，由患者在手机上手动框选二维膀胱图像中膀胱部分图像，如图4所示，并对该位置进行图像增强，使膀胱部分图像更突出、明显，如图5所示；利用内置微控制器的柔性电路系统获取膀胱部分图像像素点个数M0＝357050并记录。
S23：获取患者在S22相应膀胱状态下的排尿量数据V0＝360mL并记录。
S24：重复五次S21、S22和S23，一共获取五次类似图3的超声图像并进行处理，获得五组膀胱部分图像像素点个数的数据和相对应的排尿量数据，如表1所示：
表1五组膀胱部分图像像素点个数与相对应的排尿量数据
Figure BDA0003462305400000061
资料表明，膀胱的截面大小在一定程度上能够反映膀胱的大小；且一般情况下，非尿潴留患者的排尿没有残余尿量。所以可将排尿量数据与膀胱内尿量值等同。
此外，发明人经过实验得到，膀胱内尿量和膀胱部分图像像素点个数之间的关系是线性的；此外，患者的a，b值具有个体差异性和较大的时间稳定性。
因此，将五组数据进行线性拟合，结果如图6所示，得到膀胱部分图像像素点个数与膀胱内尿量的线性关系V＝a×M+b＝0.0011×M-29.6823，其中V为膀胱内尿量，M为膀胱部分图像像素点个数，a＝0.0011，b＝-29.6823为线性拟合得到的患者个性化参数。
日常测量部分：
S25：通过贴有超粘性水凝胶衬底的柔性压电超声探头获取患者膀胱超声图像，膀胱超声图像如图7所示；
S26：根据S25获得的二维膀胱超声图像，由患者在手机上手动框选二维膀胱超声图像中膀胱部分图像，如图8所示，并对该位置进行图像增强，使膀胱部分图像更突出、明显，如图9所示；内置微控制器的柔性电路系统获取膀胱部分图像像素点个数M＝42250并记录，调用V＝a×M+b＝0.0011×M-29.6823计算得到膀胱内尿量为V＝450mL。
综上，一种基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，在获取膀胱图像时，避免了耦合剂的涂抹，提高了用户的舒适程度，也减少了用户的工作量；获取膀胱内尿量值的方法，具有个体差异性；只需要获取一副图像，且根据五组数据拟合得到膀胱内尿量值计算公式，增加了膀胱内尿量值测量的精确度，提高了测量的便捷性。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述的仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，其特征在于，包括：采用贴附在下腹部膀胱位置的柔性超声贴片得到膀胱超声图像，再利用膀胱超声图像计算得到膀胱内尿量。
2.根据权利要求1所述的基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，其特征在于，所述的柔性超声贴片包括获取膀胱超声图像的柔性压电超声探头、超粘性水凝胶衬底和内置微控制器的柔性电路系统，能够随身携带贴附，实时在线获取膀胱内尿量；
所述的柔性压电超声探头，为超声波发射和接收一体化探头，用于发射超声波并接受反射回来的超声波，获得膀胱超声图像；
所述的超粘性水凝胶衬底，用于确保柔性压电超声探头与皮肤紧密贴合，吸收散射的超声波并降低信号噪声干扰；
所述的内置微控制器的柔性电路系统，用于依据膀胱超声图像计算得到膀胱内尿量。
3.根据权利要求2所述的基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，其特征在于，所述的柔性压电超声探头的超声波发射材料和接收材料为聚偏氟乙烯压电聚合物。
4.根据权利要求2所述的基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，其特征在于，所述的超粘性水凝胶衬底的材质包括海藻酸钠、卡拉胶、硅酮弹性体、聚酰亚胺、环氧树脂或聚二甲基硅氧烷。
5.根据权利要求1或2所述的基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：参数标定：利用所述的柔性超声贴片预先对患者的个性化参数a和b进行标定，a和b与该患者的膀胱生理特征形状有关；
S2：日常测量：通过柔性超声贴片的柔性压电超声探头，获取患者膀胱超声图像；在膀胱超声图像中框选得到膀胱部分图像，对膀胱部分图像进行图像增强，内置微控制器的柔性电路系统得到膀胱部分图像像素点个数；调用V＝a×M+b计算得到膀胱内尿量；其中，V为膀胱内尿量，M为膀胱部分图像像素点个数，a，b为患者的个性化参数。
6.根据权利要求5所述的基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，其特征在于，所述柔性超声贴片能够与手机进行数据交互，患者在手机上手动框选膀胱超声图像中的膀胱部分图像。
7.根据权利要求5所述的基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，其特征在于，所述的个性化参数a和b的标定方法如下：
(1)通过柔性超声贴片的柔性压电超声探头获取患者膀胱超声图像；
(2)由患者在手机上手动框选膀胱超声图像中膀胱部分图像，膀胱部分图像经图像增强后，内置微控制器的柔性电路系统获取膀胱部分图像像素点个数；
(3)获取患者在步骤(2)相应膀胱状态下的排尿量数据；
(4)重复至少5次步骤(1)-(3)，由内置微控制器的柔性电路系统计算得到个性化参数a和b，以及膀胱部分图像像素点个数与膀胱内尿量的线性关系V＝a×M+b，并储存。
8.根据权利要求1所述的基于柔性超声贴片测量膀胱内尿量的方法，其特征在于，所述的膀胱超声图像为膀胱冠状面二维超声图像。
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